Трансформатор Скотта и его применение для питания скин-системы
В 1895 году в США на Ниагарском водопаде была построена первая гидроэлектростанция, вырабатывающая переменный ток с помощью двухфазных генераторов. Перед компанией Вестингхаус (Westinghouse), занимающейся строительством ГЭС, возникли проблемы с передачей полученной электроэнергии – передача должна была осуществляться с помощью трёхфазной системы. Требовалось создать силовой трансформатор, позволяющий симметрично преобразовать двухфазную систему нагрузки в трёхфазную. Вращающийся преобразователь Томаса Эдисона для этих целей был слишком дорогим решением.
Правильная совместная работа разнофазных элементов была организована с помощью системы, состоящей из двух однофазных трансформаторов. Они являлись связующим звеном между двухфазными генераторами и трёхфазной линией электроснабжения. Данную схему предложил Чарльз Фентон Скотт, инженер компании Westinghouse. Компания запатентовала трансформатор Скотта и затем продала лицензию на производство компании GE (General Electric, Дженерал Электрик).
Сегодня в электроэнергетике и электротехнике система трансформаторов Скотта, которую также называют Т-схема Скотта, используется в обратном порядке, чем это было изначально – для питания от трёхфазной сети мощных двухфазных или однофазных потребителей. При этом Т-схема позволяет минимизировать токовую несимметрию. Симметричное преобразование трёхфазной системы нагрузки в двухфазную нагрузку необходимо у целого ряда потребителей. Для обогрева трубопроводов с помощью скин-систем, в трамваях, троллейбусах и на железнодорожном транспорте трансформаторы Скотта симметрично преобразуют разнофазные системы.
В современной электротехнике и электроэнергетике (электротермия, электротранспорт и др.) система трансформаторов Скотта (ее называют также Т-схемой Скотта или просто Т-схемой) применяется при питании мощных однофазных или двухфазных потребителей или группы потребителей от трехфазной сети для минимизации возникающей при этом токовой несимметрии.
Принцип действия
Принцип работы трансформатора Скотта показан на схеме 1.
Схема 1. Принцип работы трансформатора Скотта на примере формирования трехфазной системы напряжений.
Чтобы образовать выходную трёхфазную систему напряжений из двух равных напряжений первичных обмоток трансформаторов Т1, Т2, необходимо соблюсти соотношение витков их обмоток согласно формуле:
Применение трансформатора Скотта в схеме электроснабжения для скин-системы
Схемы электроснабжения скин-систем с использованием трансформаторов Скотта широко используются в Европе и США.
Пример схемы питания скин-системы с использованием трансформатора Скотта указан на схеме 2.
Схема 2. Схема применения трансформатора Скотта для питания скин-системы
Система Скотта имеет низкий КПД, требует больших финансовых затрат на материалы и довольно громоздкая. К недостаткам также относится то, что к трёхфазной сети можно можно подключить только два одинаковых нагревателя (нагрузка). Если нагрузка будет разная или будет подключен только один нагреватель, то система симметрирования работать не будет.